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图片来源：马尔堡大学
实验装置。在光电离过程中，氦原子穿过超强激光束（紫色）的焦点。插图显示了实际装置，其中激光束显示为绿色。脉冲持续时间约为220飞秒，波长为800纳米。 |
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图片来源：马尔堡大学
电子发射。 在氦原子中，电子（绿色）在快速激光脉冲（顶部）的刺激下一起逸出。事实上，研究人员提出，一个电子最初被释放，然后被光场加速返回氦原子。这种再散射事件确保了两个电子以相关的方式发射（底部）。 |
电子似乎更喜欢成对工作——特别是当它们从稀有气体原子核的束缚中挣脱出来时。事实上，两个多机构的德国研究团队最近表明，当氦原子和氖原子被射入强大的激光束时，它们的电子不会像预期的那样一个接一个地弹出。相反，它们在完全相同的时刻逸出。
自 20 世纪 90 年代初以来，物理学家一直在研究这些所谓的双电离，希望能弄清其背后的机制。他们根据不同原子的电离产额推测，被强光激发的电子并非按顺序离开原子。但与此同时，他们无法确定电子是否真的成对离开。
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为了找出答案，他们需要精密的设备：一台最先进的钛蓝宝石放大器激光束，它用波长为 800 纳米、脉冲持续时间为 220 飞秒的光脉冲轰击他们的气体原子，强度达到每平方厘米超过 100 太瓦。以及一台四年前的“动量显微镜”，称为 COLTRIMS，记录了单电离和多电离气体的三维动量值。
图片来源：罗伯特·莫沙默，弗莱堡大学
再散射。 在这种情况下，激光的电场在最大值（左）处剥离原子中的一个电子，在零值（左起第二个）处击中，然后在相反的最大值（右起第二个）处达到，将电子射回离子并击落另一个电子（右）。 |
一组由法兰克福大学的莱因哈德·德纳和马尔堡大学的哈拉尔德·吉森领导，将这种方法应用于氦。另一组由弗莱堡大学的罗伯特·莫沙默和柏林马克斯·玻恩研究所的同事领导，他们的工作重点是氖。
两组研究人员都将他们的发现发表在 1 月 17 日出版的《物理评论快报》杂志上。两组都看到了相同的结果。如果电子独立行动，动量数据看起来就像是发生两次的单电离。相反，研究小组观察到动量为零的离子——表明存在某种相关的电子发射。
至于这种情况是如何以及为什么发生的，各研究小组仍在努力。法兰克福-马尔堡团队提出了包括量子力学效应在内的其他理论，这可能是原因。在这种情况下，核库仑势和光势的快速变化可能会抛射出第二个电子。
弗莱堡的科学家们倾向于“再散射”模型：他们认为，当激光脉冲首次击中原子时，电子会感受到最大值的电场，从而移除其中一个电子。但是，当脉冲穿过原子时，电场会短暂地达到零，然后在相反方向达到最大值——这会将喷射出的电子射回离子，在那里它会撞出另一个电子。无论如何，他们的发现标志着在理解强光场中强烈反应的电子方面向前迈进了一大步。